大慶油田中淺層探井環(huán)保鉆井技術(shù)

李歡歡,王玉璽,張 勝

(大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院,黑龍江大慶 163413)

大慶油田中淺層探井環(huán)保鉆井技術(shù)

李歡歡,王玉璽,張 勝

(大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院,黑龍江大慶 163413)

為了減少鉆井對(duì)環(huán)境的污染等問(wèn)題,大慶油田在中淺層探井鉆井設(shè)計(jì)過(guò)程中有針對(duì)性的進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),主要從井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入手,同時(shí)對(duì)鉆井液設(shè)計(jì)、鉆具組合設(shè)計(jì)、固井設(shè)計(jì)一系列的設(shè)計(jì)方案制定了相應(yīng)的預(yù)防措施和改進(jìn)。改進(jìn)后的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅提高了鉆井施工過(guò)程中的井控安全性,而且較好地保護(hù)了環(huán)境,特別是對(duì)深層地表水起到一定的保護(hù)作用。研究了儲(chǔ)層潛在損害方式,分析了鉆井保護(hù)技術(shù)的作用原理、應(yīng)用情況與取得的效果,經(jīng)過(guò)2010年已鉆的15口中淺層油氣深下表層探井的后效跟蹤,包括整個(gè)鉆井過(guò)程和后續(xù)的采油過(guò)程,均未發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)污染地表水和周圍環(huán)境的現(xiàn)象,較之以前石油鉆井更加環(huán)保,更加符合日益發(fā)展的社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求,這對(duì)保護(hù)人類賴以生存的自然環(huán)境具有重要意義。

大慶油田;中淺層;環(huán)保鉆井;井身結(jié)構(gòu)

0 前言

隨著油田勘探開發(fā)范圍的不斷擴(kuò)大,石油工業(yè)對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題越來(lái)越受到人們的關(guān)注。以往的石油鉆井強(qiáng)調(diào)節(jié)約成本、縮短周期,較少注意到石油鉆井對(duì)周圍環(huán)境的污染和傷害,現(xiàn)在逐步由注重油田效益和石油產(chǎn)量,轉(zhuǎn)換到注重油田效益和自然環(huán)境雙贏上,努力堅(jiān)持資源開發(fā)與環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)推進(jìn)。根據(jù)大慶油田中淺層探區(qū)的特點(diǎn),研究了儲(chǔ)層潛在損害方式,分析了鉆井保護(hù)技術(shù)的作用原理、應(yīng)用情況與取得的效果,針對(duì)以前的鉆井技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn),深入研究了中淺層井的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并進(jìn)行了優(yōu)化,同時(shí)對(duì)鉆井液設(shè)計(jì)、鉆具組合設(shè)計(jì)、固井設(shè)計(jì)等一系列的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)。改進(jìn)后的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅提高了鉆井施工過(guò)程中的井控安全性,而且較好的保護(hù)了環(huán)境,特別是對(duì)深層地表水起到一定的保護(hù)作用。經(jīng)過(guò)2010年已鉆中淺層井與2009年已鉆中淺層井井身結(jié)構(gòu)等的對(duì)比,可看出,大慶油田更加注重石油鉆井的環(huán)境保護(hù),保護(hù)力度和措施進(jìn)一步加大,開發(fā)出一套更能有效的保護(hù)環(huán)境的中淺層鉆井技術(shù)方法。

1 大慶油田中淺層探井地層情況

大慶油田中淺層探井主要油層有黑帝廟、薩爾圖、葡萄花、高臺(tái)子、扶余和楊大城子油層,主要地層為下白堊統(tǒng)的嫩江組、姚家組、青山口組和泉頭組(一般泉三段以上),主要由泥巖、粉砂巖、油頁(yè)巖、泥質(zhì)粉砂巖等組成,沉積厚度大,沉積穩(wěn)定。

2 中淺層儲(chǔ)層損害分析

儲(chǔ)層特征:扶余油層為孔隙型儲(chǔ)集層,砂巖累計(jì)厚度一般為20～50 m,單層砂巖厚度在2 m左右,砂地比在20%～60%之間,砂巖孔隙度在9.2%～18.9%之間,滲透率在0.1～1.72 md之間;高臺(tái)子9油層砂巖累計(jì)厚度一般為80～160 m,單層砂巖厚度在3 m左右,砂地比在40%～60%之間,砂巖孔隙度一般在9.2%～25.1%之間,滲透率在0.1～822 md之間,儲(chǔ)層物性較好。

儲(chǔ)層溫度、壓力:地溫梯度在0.96～1.22℃/ 100 m之間;地層壓力系數(shù)在1.00～1.10之間;地層破裂壓力系數(shù)在1.60～2.60之間。

中淺層探井損害方式及對(duì)策:(1)井塌、井漏,例如大慶油田中淺層探井在青山口組都有大段泥巖地層,特別要注意防止井壁坍塌和井漏;消除井漏損害的主要對(duì)策是降低鉆井壓差,設(shè)計(jì)時(shí)加深表層套管下深等工藝措施加以解決。(2)裂縫損害,在常規(guī)鉆井條件下,儲(chǔ)層裂縫性綜合損害在31.07%以上;降低裂縫性損害的主要途徑是提高濾液抑制性、降低鉆井壓差,消除所有因鉆井壓差引起的損害。

3 中淺層探井環(huán)保鉆井保護(hù)技術(shù)

大慶油田在經(jīng)歷了輝煌的50年后,正為了發(fā)展百年油田而努力,如何能做到可持續(xù)發(fā)展?首要的是在持續(xù)效益的同時(shí),注重對(duì)環(huán)境的保護(hù),減少對(duì)環(huán)境的損害,達(dá)到環(huán)境的持續(xù)發(fā)展,所以,大慶油田設(shè)計(jì)單位、施工單位以及勘探公司等共同研究出保護(hù)鉆井施工安全,以及能夠保護(hù)周圍自然環(huán)境的鉆井技術(shù)及方案。經(jīng)過(guò)2010年已鉆中淺層探井與2009年已鉆中淺層探井各部分對(duì)比,安全性及環(huán)保性均有大幅的提高,效果顯著。

3.1 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2010年大慶油田中淺層井多采用塔式井眼,一開表層先使用“342.9 mm鉆頭,然后再使用“229 mm的鉆頭打塔式井眼,二開使用“215.9 mm的鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)。這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是防止井段縮徑造成卡鉆,減少起下鉆時(shí)間,減少劃眼和處理時(shí)間,可以提高鉆速總體上使鉆井周期縮短。

大慶油田今年已鉆的中淺層探井包括淺層氣探井共15口,絕大多數(shù)是以黑帝廟為主要目的層的淺層氣探井和以黑帝廟為兼探目的層的探井。2010年的中淺層探井井身結(jié)構(gòu)與2009年已鉆中淺層探井井身結(jié)構(gòu)對(duì)比見(jiàn)表1。

可以看出2010年中淺層針對(duì)井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),將表層盡量深下,2009年表層下到164171 m,2010年深下到243.33 m,深下了47173%。表層下深對(duì)比生產(chǎn)層下入深度所占比例也有一定的升高,2009年表層下深占全年中淺層探井平均井深的9.04%;2010年表層下深占全年中淺層探井平均井深的12.70%,可見(jiàn),2010年表層下入深度較2009年的下入深度有了較大的提高,雖說(shuō)這樣會(huì)小幅增加鉆井成本,增加表層鉆井周期,但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來(lái)看,對(duì)防止地表深層水被污染,保護(hù)鉆井井場(chǎng)周圍的自然環(huán)境有較大的作用和推廣價(jià)值。2009年和2010年中淺層探井井身結(jié)構(gòu)對(duì)比見(jiàn)圖1。

圖1 2009、2010年中淺層探井井身結(jié)構(gòu)對(duì)比

除此之外,大慶油田對(duì)鄰井黑帝廟有工業(yè)氣流的井,要求其表層要深下到300 m。這樣增強(qiáng)了對(duì)淺層氣的控制能力,確保了鉆井施工的安全進(jìn)行。

3.2 鉆井液設(shè)計(jì)

2010年淺層氣探井在中淺層探井中所占比例較往年有所增加,因此,預(yù)防淺氣是2010年鉆井設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)。為了確保鉆井施工安全,并能保證勘探發(fā)現(xiàn)出成果,鉆井工程設(shè)計(jì)單位對(duì)鉆井液設(shè)計(jì)方面做了很多工作,以合理的密度打開下部主要目的層,保證了勘探發(fā)現(xiàn)出成果。2010年中淺層鉆井工程設(shè)計(jì)中鉆井液設(shè)計(jì)體系以及性能見(jiàn)表2。

表2 2010年中淺層鉆井液體系及性能

大慶油田中淺層井二開一般都使用兩性復(fù)合離子鉆井液體系,該體系具有較強(qiáng)的抑制性和防塌性能力,性能穩(wěn)定,攜砂能力好,井眼暢通,可以確保鉆井施工的順利進(jìn)行。該鉆井液體系污染較低,使用低污染的鉆井液可以減小對(duì)地表的污染,且在鉆開油層后禁止鉆井液密度超標(biāo),防止污染油氣層。大慶油田鉆井現(xiàn)場(chǎng)鉆井液施工經(jīng)驗(yàn)是二開鉆井液施工過(guò)程中要及時(shí)處理,加足腐鉀、防塌劑、樹脂和NPAN,可以提高鉆井液的潤(rùn)滑性,達(dá)到穩(wěn)定井壁的目的。在施工中著重控制失水,抑制水化剝落,以確保井壁穩(wěn)定。鉆井液的后期處理上,成本也比較低,比較環(huán)?！，F(xiàn)在大慶油田中淺層井鉆井液設(shè)計(jì)正在試驗(yàn)新的鉆井液體系——鉀鹽共聚物鉆井液體系,具體效果有待繼續(xù)跟蹤。

3.3 鉆具組合設(shè)計(jì)

近年來(lái)大慶油田中淺層探井的鉆具組合設(shè)計(jì)多是采取設(shè)計(jì)一套主鉆具組合,備兩套備用鉆具組合的方式。大慶油田的中淺層探井大多數(shù)首先設(shè)計(jì)滿眼鉆具組合作為主鉆具組合,設(shè)計(jì)塔式鉆井組合和鐘擺鉆具組合為備用鉆具組合。2010年仍然延續(xù)這種鉆具組合設(shè)計(jì),但是從2009年下半年開始使用的各套鉆具組合設(shè)計(jì)中,已將使用的螺旋扶正器改為方接頭并進(jìn)行了方接頭效果試驗(yàn),2010年全部確定改為方接頭。2009年和2010年滿眼鉆具組合對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 2009年和2010年滿眼鉆具組合對(duì)比

大慶油田中淺層探井以前使用的穩(wěn)定器多是螺旋穩(wěn)定器,現(xiàn)在的方接頭在大慶油田中淺層探井的使用效果較螺旋扶正器有了長(zhǎng)足的進(jìn)步,螺旋扶正器與方接頭的圖片見(jiàn)圖2。

可見(jiàn),螺旋扶正器帶有螺旋的溝槽,而方接頭是在圓柱面上切下一部分的圓面,有4個(gè)直面和4個(gè)圓角棱,在圓角棱上鑲有硬質(zhì)合金或復(fù)合片,方接頭的優(yōu)點(diǎn)是較螺旋扶正器提高了返砂能力,并且規(guī)整的4個(gè)圓角棱可以較好的用于修整井壁,可以使井壁更加光滑,減少劃眼次數(shù)、節(jié)省鉆井周期。

圖2 螺旋扶正器與方接頭

3.4 固井設(shè)計(jì)

井設(shè)計(jì)中將固井主要工藝進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明和要求,要求做好井眼準(zhǔn)備,下套管前認(rèn)真劃眼,確保井眼暢通;固井施工中要注意防漏及漏封目的層,保證固井質(zhì)量。固井質(zhì)量的提高可以有效阻止地層液體進(jìn)入井筒,保證井控安全和鉆井安全,并且環(huán)保的水泥漿配方能夠不污染地層,這對(duì)鉆井井場(chǎng)周圍的環(huán)境來(lái)說(shuō)也是至關(guān)重要的。大慶油田中淺層探井一般表層使用的套管鋼級(jí)為H40,生產(chǎn)層使用J55或N80,兼顧安全和成本考慮,搭配使用不同鋼級(jí)和不同壁厚的套管,做到安全和經(jīng)濟(jì)和諧統(tǒng)一,套管外按要求加放扶正器。中淺層水泥配方大多使用A級(jí)、G級(jí)或高強(qiáng)低密度,根據(jù)井深、地質(zhì)條件等決定,保證好固井質(zhì)量。

4 結(jié)論與建議

(1)大慶油田中淺層使用的各種環(huán)保鉆井措施特別是表層深下技術(shù)大大的提高了對(duì)井場(chǎng)周圍的環(huán)境保護(hù)能力;

(2)建議各油田繼續(xù)研制新型的環(huán)保鉆井液體系,大慶油田現(xiàn)在試驗(yàn)使用的鉀鹽共聚物鉆井液體系,其具體使用效果有待繼續(xù)跟蹤;

(3)在油田開發(fā)過(guò)程中,既不能單純追求經(jīng)濟(jì)發(fā)展,注重石油開發(fā),忽視環(huán)境保護(hù);又不能因?yàn)榫植康貐^(qū)出現(xiàn)的環(huán)境污染問(wèn)題,而限制或阻撓油田加快發(fā)展,破壞油田開發(fā)的良好勢(shì)頭,要緊密結(jié)合,均衡發(fā)展。

[1] 周英操,閏鐵,劉玉民,等.大慶油田表層套管鉆井技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù),2006,34(5):79-80.

[2] 王玉華,孔凡軍,宋瑞宏,等.松遼盆地北部深層天然氣勘探鉆井完井保護(hù)技術(shù)[J].天然氣工業(yè),2006,26(6):81-83.

[3] 王睿,王娟,曾婷,等.環(huán)保鉆井液技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].鉆采工藝,2009,32(6):75-78.

Environmental Protection Drilling Technology in Middle-shallow Stratum Exploration Well of Daqing Oilfield

LI Huan-huan,WANG Yu2xi,ZHANG Sheng(Drilling Engineering Technology Research Institute of Daqing Drilling Corpora-tion,Daqing Heilongjiang 163413,China)

Optimized design wasmade on middle-shallow stratum exploration well for environmental protection well drilling in Daqing oilfield.Startingwith the design of casing program,related preventive and improving measures were formulated for the designs of drilling fluid,drill assembly and well cementing.The improved casing program increased the safety in drilling construction with environmental protection,especially for deep water.The reservoir potential damage was studied; the action principle,application and the effectofwellprotective technologywere analyzed.The after-effect tracking showed that there was no water and environment pollution in the 15 oil and gas wells drilled in 2010 with deep surface casing in middle-shallow stratum.

Daqing oilfield;middle-shallow stratum;environmental protection well drilling;casing program

TE242

A

1672-7428(2010)12-0026-03

2010-09-10

李歡歡(1981-),女(達(dá)翰爾族),黑龍江訥河人,大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院工程師,機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè),從事鉆井工程設(shè)計(jì)工作,黑龍江省大慶市八百坰,lihuanhuan1981@163.com。